EP3878084A1 - Machine d'alimentation sans interruption - Google Patents

Machine d'alimentation sans interruption

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EP3878084A1
EP3878084A1 EP19798732.4A EP19798732A EP3878084A1 EP 3878084 A1 EP3878084 A1 EP 3878084A1 EP 19798732 A EP19798732 A EP 19798732A EP 3878084 A1 EP3878084 A1 EP 3878084A1
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EP
European Patent Office
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rotor
machine
asi
drum
poles
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EP19798732.4A
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German (de)
English (en)
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EP3878084B1 (fr
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Jacques Schoebrechts
Joseph FRIPPIAT
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KS Research SA
Original Assignee
KS Research SA
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Publication date
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    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • 1 / invention relates to an ASI uninterruptible power supply machine.
  • ASI machines are mainly intended to safeguard users sensitive to disturbances of an electrical network, that is to say loads at the user level, such as for example intensive care services of hospitals or companies of storage of digital data , highly computerized services, for which an interruption of the electricity network for a few milliseconds endangers human lives or causes significant financial costs.
  • an ASI machine comprising a synchronous machine with low internal impedance capable of operating as a motor or as an alternator, this synchronous machine being coupled to an accumulator with a large reserve of kinetic energy which is stored in a rotating metallic mass.
  • a main shaft rotatably mounted in the carcass and being coupled with the synchronous machine
  • a hollow coaxial drum which can rotate freely around the main axis and independent of it; - a motor, called a Pony motor, to launch the drum up to a certain speed given when starting the UPS to accumulate kinetic energy in the drum;
  • This machine is connected between the network and user loads via an inductor.
  • the drum In a system without network cut-off, the drum is launched at a certain speed of, for example, 3000 rpm, while the speed of the main shaft with the claw rotor and the rotor of the synchronous machine is maintained at a higher speed. low of for example 1500 rpm.
  • the speed difference constitutes the kinetic energy available to drive the synchronous machine as an alternator in the event of a network failure.
  • the life of the bearings which support the main shaft in the carcass and the drum on the shaft is related to the relative speed of these bearings not exceeding 1500 rpm in one example given above;
  • the ASI machine of EP 1.533.884 is dimensioned in such a way that when a power cut occurs, the machine has sufficient kinetic energy to ensure a minimum autonomy of about 12 seconds with sufficient output power to supply the users.
  • the field of use of such a machine is limited as to its autonomy and as to the power to be supplied to the users and as for the recovery time after a network failure so that the machine is quickly ready to intervene following a new breakdown of it.
  • the object of the invention is to improve the performance of the ASI machine as described in EP 1,533,884 and to considerably increase the electrical power which can provide the kinetic energy accumulator beyond the maximum power that the accumulator of the ASI machine from EP 1.533 can provide. 884 in order to be able to guarantee a wider power range and greater flexibility of use of a higher output power combined with a reduced autonomy, for example this autonomy being sufficient for certain applications such as digital data storage centers or various processes that can stop in seconds without harming users.
  • This objective is achieved by replacing the claw rotor of the ASI machine of EP 1,533,664 with a rotor of the same size and more conventional architecture of an alternator rotor, that is to say provided an iron core with a certain number of poles delimited by longitudinal notches distributed around the circumference of the core which, for each pole, is provided with a coil wound in the notches around the pole concerned, but dimensioned in such a way that the cumulative width of all of the poles in their narrowest part is at least equal to the cumulative width of all of the notches in their widest part, preferably that the minimum cumulative width of all of the poles is at least double the maximum cumulative width of all the notches.
  • the active area of the poles is increased at the same time as the surface of the notches in which the active copper conductors are housed is reduced.
  • This increases the section of the polar cores compared to the section of the notches which contain the copper, the section of the poles being the active surface which intervenes for the electromagnetic coupling between the drum and the rotor of the accumulator in order to maintain a longer time. sufficient torque to drive the synchronous machine in its alternator function, even for powers significantly higher than those obtained in the case of the claw rotor.
  • the rotor is specially designed to create a lot of electromagnetic losses in the drum in order to create a greater torque between the drum and the rotor, without worrying about achieving a beautiful sinusoidal distribution of the induction in the air gap and therefore to achieve a high power kinetic energy accumulator which can lead to a higher power alternator, even if it means reducing the autonomy of the machine below 12 seconds for the very large powers of the load in the event of a network failure, which is completely acceptable for certain applications where the autonomy can be reduced in favor of a higher power.
  • the coupling will for example be lost as soon as the speed of the drum has dropped below 1700 rpm for a rotor speed of 1500 rpm. There is therefore a kinetic energy corresponding to a speed difference of 200 rpm which is unused.
  • the coupling will remain active longer up to 1500 rpm, which gives better use of the kinetic energy stored in the drum below 1700 rpm and therefore autonomy. longer.
  • an UPS machine can be produced which, instead of the machine known from EP 1,553,884, is characterized by greater autonomy, but which also makes it possible to couple the new energy accumulator with an additional synchronous machine.
  • high power for example a double power, to protect users, even if it means reducing the autonomy during which this double power can be protected.
  • An experimental UPS machine according to the invention has been produced showing surprising improved performance. compared to the ASI machine of EP 1.533.884 with a claw rotor of the same size:
  • the manufacture of the new rotor is of more conventional construction and is therefore less costly than the manufacture of the claw rotor;
  • the new rotor reduces the risks of residual magnetization of the machine shaft and consequently its harmful effects on the life of the bearings (no axial coil).
  • the stator of the Pony motor is preferably produced in the form of a Gram ring with a to.ro ⁇ da.1 winding which takes up less space and makes it possible to produce an accumulator of kinetic energy with a relatively short bulk.
  • the invention also relates to a rotor for an energy accumulator of an ASI machine and an accumulator equipped with such a rotor, which comprises an iron core with a number of poles delimited by longitudinal notches distributed around the circumference of the core which, for each pole, is provided with a coil wound in the notches around the pole concerned and whose cumulative width of all of the poles in their narrowest part is at least equal to the cumulative width of all of notches in their widest part, preferably the cumulative width of all the poles in their narrowest part is at least double the width of all the notches in their widest part.
  • 1 / invention also relates to the use of such a rotor in a kinetic energy accumulator of an ASI machine, the energy accumulator
  • a main shaft rotatably mounted in the carcass and being coupled with the synchronous machine
  • a hollow coaxial drum which can rotate freely around the main axis and independent of it;
  • a motor called a Pony motor, to start the drum up to a certain speed given when starting the UPS to accumulate kinetic energy in the drum;
  • the rotor being installed in place of the claw rotor on the main shaft in a coaxial manner with the drum and with the same dimensions, the rotor coils being connected with an exciter to produce a electromagnetic coupling between the drum and the rotor in the event of a network failure in order to recover the kinetic energy stored in the drum in order to drive the synchronous machine when a DC electric current is sent to the coils of the rotor via the exciter.
  • FIG. 1 schematically represents an electricity network provided with an AS machine! with a kinetic energy accumulator according to the invention
  • Figure 3 shows in side view the rotor F3 indicated in Figure 2;
  • Figure 4 shows the section indicated by line IV-IV in Figure 3;
  • FIG. 5 shows, in comparison with FIG. 4, a conventional rotor of an alternator of the same number of poles
  • FIG. 6 shows a comparison between the graph of the available energy as a function of the output power for an ASI machine according to the invention and for an ASI machine according to EP 1,533,884 of the same scope and in which replaced the claw rotor by a rotor according to the invention;
  • Figures 7 and 8 show the same comparison but then for the autonomy curves as a function of the power for the two machines, respectively for the output power as a function of the differential speed between the drum and the main axis 50 msec after excitement;
  • FIG. 9 represents another electrical network according to the invention.
  • FIG. 10 shows a section like that of Figure 4 for another embodiment of the core of a rotor of kinetic energy accumulator according to the invention.
  • FIG. 1 schematically represents an urban or industrial electrical network 1, supplying electrical energy to a sensitive load 2 of a site, the load 2 being constituted by all the users in a factory or in a data center and needing to be protected by an uninterruptible power supply machine, called an ASI 3 machine, which must intervene to supply load 2 in the event of a network failure 1.
  • ASI 3 machine an uninterruptible power supply machine
  • the load 2 is connected to the network 1 via a three-terminal inductor 4, that is to say with an input terminal 4a connected to the network 1 by means of the an input circuit breaker 5, an output terminal 4b connected to the load 2 by means of an output circuit breaker 6 and an intermediate terminal 4c to which the ASI machine 3 is connected.
  • Choke 4 limits the current supplied by the UPS machine to the network in the event of a network failure 1 in order to protect the load 2 from a too high voltage drop and a significant power call in the first moments after the network failure 1 and before the opening of the circuit breaker 5.
  • the ASI machine 3 mainly consists of a synchronous machine 9 with low internal impedance and of a kinetic energy accumulator 10 according to the invention, which are mounted on a rotary main shaft 11; the latter being mounted in a carcass 12 by means of bearings 13.
  • the main shaft also carries a flywheel 14.
  • the synchronous machine 4 can operate as a motor or as an alternator and consists in a known manner of a rotor 15 mounted on the main shaft surrounded by a stator 16 and of an exciter 17 with a rotor 17a connected with the rotor 15 and a stator 17b which can be connected to an external electrical source to control the operation of the synchronous machine 9.
  • the accumulator 10 comprises a hollow steel accumulator drum 18 which can rotate freely around the main axis 11 and is independent of the latter by means of bearings 19 mounted on the main shaft 11. Inside the drum 1.8 a coaxial rotor 20 is fixed on the main shaft. 11.
  • the rotor 20 consists of a mainly cylindrical steel core with a certain number of poles 22 delimited by radial notches 23 parallel to the main axis 11.
  • the notches have a maximum width A as shown in Figures 4, the notches 23 being distributed uniformly around the circumference of the core 21.
  • the poles 22 have a minimum width B as shown in FIG. 4 which represents the active width of these poles.
  • Each pole 22 is provided with a coil 24 in the form of a copper electrical conductor which is wound in the notches 23 around the pole 22 concerned.
  • the poles When a current is sent into the coils 24, the poles become magnetic poles 22 North and South to form an electromagnetic coupling between the rotor 20 and the drum 18.
  • the rotor 20 is an eight-pole rotor, although the number of poles may be different.
  • the accumulator 10 is provided with an exciter 25 with a rotor 25a which is fixed on the main shaft 11 and which is electrically connected with the windings 24 of the rotor 20 of the accumulator 10 and with a stator which can be powered by a external electrical source to control the behavior of the accumulator 10.
  • 1 / accumulator 10 also includes an electric motor, called a Pony motor 26, made to start the drum 18 up to a certain speed when starting the ASI machine 3 and to accumulate kinetic energy in the drum 18.
  • the Pony motor is preferably a Gram ring known as described in EP 1,533,884 with a toroidal winding connected to an external frequency converter not shown.
  • the invention is specifically characterized by the distribution between the width A and the width B, or between the maximum width of the notches 23 and the active width of the poles 22, all of the minimum widths of all the poles 22 preferably being at least equal to all of the maximum widths of the notches 23 in the case of the invention illustrated in FIG. 4.
  • Such an architecture is atypical if we compare it with the architecture of a conventional rotor of an alternator with the same span and the same number of poles as shown in FIG. 5.
  • a conventional rotor is for example known from the application EP 2,989,713, although for a machine with a completely different configuration than that of the present invention.
  • This conventional rotor of FIG. 5 is dimensioned with a completely different relationship between the width C of the notches and the active width D of the poles, in order to be able to operate continuously.
  • the space (the section) available in the notches 23 for the coils 24 is approximately 2 to 3 times less than that (in the case of the invention in comparison with the rotor conventional .
  • the flux passage surface is of the order of 3 to 4 times less than the corresponding surface of the rotor 20 according to the invention and the ampere-turns per coil barely 10 to 20% greater to those of the rotor 20 of the invention, under the same current density conditions.
  • the synchronous machine 9 is supplied by the network and operates as a motor to drive the main shaft 11 at a given speed of 1500 rpm for example, corresponding to the frequency of the network 1.
  • the rotor 20 of the accumulator 10 and the rotors 17a and 25a of the exciters 17 and 25 therefore rotate at this same speed.
  • the drum 18 is maintained at a speed greater than the speed of the main shaft 11, typically between 1900 and 3000 rpm, to accumulate sufficient kinetic energy to support the load 2 in the event of a network cut 1 with autonomy desired for example 12 seconds.
  • the drum speed is adjusted according to the load by means of the Pony 26 motor and its frequency converter. If the load 2 increases, immediately the speed of the drum 18 is increased to be able to cope with a fault in the network 1 with sufficient energy.
  • the ASI machine 3 also plays the role of network conditioner 1 by its combination with the inductor 4, the low impedance of the synchronous machine 9 and the flywheel inertia. It constitutes a filter vis-à-vis all short-term disturbances which do not exceed 60 to 80 ms which would come on network 1 as well as a filter vis-à-vis the harmonics which would be present on the voltage of the load 2 or the mains voltage.
  • the choke A is there to limit the importance of the current that can be returned to the network 1 and to reduce the level of harmonics coming from the network towards the load and vice versa.
  • the kinetic energy stored in the drum 18 with a relative speed with respect to the main shaft of 1500 rpm for example at full power is used to drive the synchronous machine 9 in its alternator function to supply the load 2.
  • the speed of the drum 18 decreases and gets closer and closer to the speed of the main axis until the moment when the electromagnetic coupling between the drum and the rotor 20 of accumulator 10 becomes insufficient to continue driving the synchronous machine 9.
  • FIG. 6 represents the energy storage capacity of the ASI machine 3 expressed in MJ as a function of the output power of the ASI machine 3 to be delivered to the load 2.
  • the accumulated energy expresses the product of autonomy and power of the type of the ASI 3 machine.
  • the accumulated energy is practically constant over the entire range of output powers, which is more practical for characterizing the ASI 3 machine with a single parameter like an 8.2 MJ machine, making it possible to easily deduce the '' autonomy depending on the power of the load 2 to be protected, if necessary giving an autonomy of 16.4 seconds for a load of 500 kW, an autonomy of 8.2 seconds for a load 2 of 1000 kW and 5.5 dry for 1500 kW. Although at full power, for some applications, it does not reach a range of 12 seconds, a shorter range is sufficient. This provides a larger area of f use with UPS machines big powers but weak pertainings. This means that for the same price of a machine with medium power and great autonomy, one can have a machine with double or even triple power, and with shorter autonomy, which was not currently possible.
  • Figure 7 shows the diagram of the autonomy of the ASI machine in both cases.
  • the ASI 3 machine according to the invention has better autonomy than the old machine in the whole range of powers thereof and still retains an acceptable autonomy for certain applications for higher powers.
  • FIG. 8 shows the output power of the ASI machine 3 as a function of the relative speed between the drum 18 and the rotor on main shaft 11, 50 msec after I n application of an intermediate voltage of 300VDC on .1 / exciter 25.
  • the core 21 represented in FIG. 10 is a core 21 of an alternative rotor 20 according to the invention which differs from the core of the rotor 20 of FIG. 4 in that the notches 23 are not distributed uniformly around the core and that therefore the width B of the poles 22 is different according to their angular position, with a configuration integrating wide poles 22 ', having a minimum width B', and narrow poles 22 ", having a minimum width B".
  • the poles 22 are organized as follows: the poles 22 must be alternately N & S at the periphery of the rotor 20;
  • the wide poles 22 ′ must be multiple of two and alternately N & S at the periphery of the rotor 20;
  • the narrow poles 22 "must be multiple of two and alternately N & S where S & N at the periphery of the rotor 20;
  • the sum of the widths B 'and B "of all the poles 22' and 22" at their narrowest point must be at least equal to and preferably clearly greater than the sum of the widths C of all the notches 23 at their widest place, which in the case of Figure 10 is located on another diameter.
  • Such an organization of the poles can be envisaged with the aim of modifying the torque characteristic as a function of the relative speed between the rotor 20 and the drum 18.

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Abstract

Machine ASI, comprenant une machine synchrone (9) couplée à un accumulateur d'énergie cinétique (10) lequel comprend essentiellement : une carcasse (12) avec un arbre principal; un tambour (18) creux pouvant tourner autour de l''axe; un moteur Pony, pour lancer le tambour (18); un rotor (20) fixé sur l'arbre principal d'une manière coaxiale avec le tambour (18) muni de bobines (24) pour réaliser un couplage électromagnétique entre le tambour (18) et le rotor (20); caractérisée en ce que: le rotor (22) comprend un noyau (21) en fer avec un certain nombre de pôles (22) délimités par des encoches (23) parallèles à l'arbre principal (11) et réparties autour de la circonférence du noyau (21) qui, pour chaque pôle (22), est pourvu d'un bobinage (24) embobiné dans les encoches (23) autour du pôle (22) concerné; la largeur cumulée de la totalité des pôles (22) dans leur partie la plus étroite est au moins égale à la largeur cumulée de la totalité des encoches dans leur partie la plus large.

Description

MACHINE D'ALIMENTATION SANS INTERRUPTION
1/ invention concerne une machine d'alimentation sans interruption ASI.
Les machines ASI sont essentiellement destinées à sauvegarder des utilisateurs sensibles aux perturbations d'un réseau électrique, c'est à dire des charges au niveau des utilisateurs, comme par exemple des services de soins intensifs d'hôpitaux ou des entreprises de stockage des données digitales, des services fortement informatisés, pour lesquels une interruption du réseau électrique pendant quelques millisecondes met en danger des vies humaines ou provoque des coûts financiers importants.
Il est connu d'utiliser une machine ASI comprenant une machine synchrone à basse impédance interne pouvant fonctionner comme moteur ou comme alternateur, cette machine synchrone étant couplée à un accumulateur à grande réserve d'énergie cinétique qui est stockée dans une masse métallique en rotation.
Une telle machine est connue du brevet européen EP 1.533.884 du même demandeur décrivant une machine ASI qui comprend une machine synchrone couplée à un accumulateur d'énergie cinétique comprenant essentiellement :
- une carcasse ;
un arbre principal monté d'une manière rotative dans la carcasse et étant couplé avec la machine synchrone ;
un tambour creux coaxial pouvant tourner librement autour de l'axe principal et indépendant de celui-ci ; - un moteur, appelé moteur Pony, pour lancer le tambour jusqu' à une certaine vitesse donnée lors du démarrage de l'ASI pour accumuler de l'énergie cinétique dans le tambour ;
- un rotor fixé sur l'arbre principal sous forme d'un rotor à griffes qui est muni de bobines étant reliées avec une excitatrice pour réaliser un couplage électromagnétique entre le tambour et le rotor en cas de panne du réseau en vue de récupérer l'énergie cinétique stockée dans le tambour afin d' entraîner la machine synchrone quand un courant électrique DC est envoyé dans les bobines du rotor par l' intermédiaire de 1/ excitatrice.
Cette machine est branchée entre le réseau et les charges des utilisateurs via une self.
En régime sans coupure du réseau, le tambour est lancé à une certaine vitesse de par exemple 3000 tr/min, tandis que la vitesse de l'arbre principal avec le rotor à griffes et le rotor de la machine synchrone est maintenue à une vitesse plus basse de par exemple 1500 tr/min. La différence de vitesse constitue 1' énergie cinétique disponible pour entraîner la machine synchrone comme alternateur en cas de panne réseau.
Une machine de ce genre est connue de l'EP 1.533.884. Cette machine présente beaucoup d' avantages par rapport à d'autres machines ASI connues, tels que :
son encombrement réduit ;
- le fait que le machine de par sa combinaison avec la self et la basse impédance de la machine synchrone joue aussi le rôle de conditionneur de réseau et constitue un filtre vis-à-vis de toutes les perturbations de courte durée qui viendraient sur le réseau et d'un filtre vis-à-vis des harmoniques qui seraient présentes sur la tension fournie aux utilisateurs et/ou sur la tension du réseau en amont de l'ASI;
- la durée de vie des roulements qui supportent l'arbre principal dans la carcasse et le tambour sur l'arbre est liée à la vitesse relative de ces roulements ne dépassant pas les 1500 tr/min dans 1' exemple donné ci-dessus ;
le fait de pouvoir être branchée sur n' importe quel groupe électrogène sans accouplement mécanique qui intervient lors de la coupure du réseau pendant un temps de plus de 10 secondes par exemple ;
- le fait de ne pas avoir besoin de moteur extérieur supplémentaire pour démarrer le système ASI.
La machine ASI de l'EP 1.533.884 est dimensionnée de telle manière que quand une coupure du réseau intervient, la machine dispose d'une énergie cinétique suffisante pour assurer une autonomie minimum de 12 secondes environ avec une puissance de sortie suffisante pour alimenter les utilisateurs .
Par contre, le domaine d'utilisation d'une telle machine est limité quant à son autonomie et quant à la puissance à fournir aux utilisateurs et quant au temps de récupération après une panne de réseau afin que la machine soit rapidement prête à intervenir suite à une nouvelle panne de celui-ci.
L' invention a comme objectif d' améliorer les performances de la machine ASI telles que décrites dans l'EP 1.533.884 et d' augmenter considérablement la puissance électrique que peut fournir l'accumulateur d' énergie cinétique au-delà de la puissance maximum que peut fournir l'accumulateur de la machine ASI de l'EP 1.533. 884 afin de pouvoir garantir une gamme de puissance plus large et une plus grande souplesse d' utilisation d'une puissance de sortie plus élevée combinée avec une autonomie réduite, par exemple cette autonomie étant suffisante pour certaines applications comme des centres de stockage de données digitales ou des processus divers pouvant s'arrêter en quelques secondes sans préjudice pour les utilisateurs .
Cet objectif est envisagé sans pour autant vouloir affecter les avantages de la machine de l'EP 1.5233.884, donc en respectant l'encombrement réduit de l' accumulateur d'énergie cinétique de cette machine ASI.
Cet objectif est atteint en remplaçant le rotor à griffes de la machine ASI de l'EP 1.533.664 par un rotor de la même envergure et d' architecture plus classique d'un rotor d' alternateur, c'est-à-dire muni d'un noyau en fer avec un certain nombre de pôles délimités par des encoches longitudinales réparties autour de la circonférence du noyau qui, pour chaque pôle, est pourvu d'un bobinage embobiné dans les encoches autour du pôle concerné, mais dimensionné de telle manière que la largeur cumulée de la totalité des pôles dans leur partie la plus étroite est au moins égale à la largeur cumulée de la totalité des encoches dans leur partie la plus large, de préférence que la largeur minimale cumulée de la totalité des pôles est au moins le double de la largeur maximale cumulée de la totalité des encoches . Par cette architecture atypique du rotor on augmente la zone active des pôles en même temps qu'on diminue la surface des encoches dans lesquelles sont logés les conducteurs actifs en cuivre. On augmente ainsi la section des noyaux polaires par rapport à la section des encoches qui contiennent le cuivre, la section des pôles étant la surface active qui intervient pour le couplage électromagnétique entre le tambour et le rotor de l' accumulateur afin de maintenir plus longtemps un couple suffisant pour entraîner la machine synchrone dans sa fonction d' alternateur, même pour des puissances nettement supérieures à celles obtenue dans le cas du rotor à griffes.
Le rotor est conçu spécialement pour créer beaucoup de pertes électromagnétiques dans le tambour afin de créer un couple plus important entre le tambour et le rotor, sans se préoccuper de réaliser une belle distribution sinusoïdale de l'induction dans l' entrefer et donc pour réaliser un accumulateur d'énergie cinétique à haute puissance pouvant entraîner un alternateur de plus grande puissance, quitte éventuellement à réduire l' autonomie de la machine en dessous des 12 secondes pour les très grandes puissances de la charge en cas de panne du réseau, ce qui est tout à fait acceptable pour certaines applications où l'autonomie peut être réduite en faveur d'une puissance plus grande .
En effet, parce que la surface des encoches a été réduite en faveur de la section active des pôles, il faudra faire passer un très grand courant dans les conducteurs des bobines du rotor pour faire passer un grand flux magnétique au travers des pôles pour les très hautes puissances sans pour autant risquer de détruire les bobinages par l' échauffement rapide de ceux-ci, ce qui peut limiter le temps pendant lequel cette haute puissance peut être maintenue.
A cause du couplage plus prononcé entre le tambour et le rotor dû à la section active augmentée des pôles, le couplage sera maintenu plus longtemps pour des puissances comparables à celles obtenues avec un accumulateur d' énergie avec un rotor à griffes .
Dans le cas du rotor à griffes, le couplage sera par exemple perdu dès que la vitesse du tambour aura chuté sous 1700 tr/min pour une vitesse de rotor du 1500 tr/min. Il reste donc une énergie cinétique correspondant à une différence de vitesse de 200 tr/min qui est inutilisée.
Dans le cas de l' invention par contre, le couplage restera actif plus longtemps jusqu'à 1500 tr/min, ce qui donne une meilleure utilisation de l' énergie cinétique stockée dans le tambour en dessous de 1700 tr/min et donc une autonomie plus longue.
Ainsi on pourra réaliser une machine ASI qui, à la place de la machine connue de l'EP 1.553.884, est caractérisée par une autonomie plus grande, mais qui permet aussi de coupler le nouvel accumulateur d'énergie avec une machine synchrone de plus grande puissance, par exemple une puissance double, pour protéger les utilisateurs, quitte à réduire l' autonomie pendant laquelle cette puissance double pourra être protégée. Une machine ASI expérimentale selon l' invention a été réalisée montrant des performances améliorées surprenantes par rapport à la machine ASI de l'EP 1.533.884 avec un rotor à griffes du même gabarit :
- une augmentation remarquable du couple et de l'énergie accumulée grâce au nouveau modèle de rotor ;
- un temps de réponse nettement plus court pour atteindre une puissance donnée ;
- une puissance obtenue nettement plus élevée pour le nouveau rotor après un délai donné ;
- une autonomie augmentée de 5 à 20 % à toutes les puissances et des pleines puissances deux à trois fois supérieures ;
- un plus grand domaine d'utilisation en termes de puissances à la sortie de la machine ;
- un niveau d'énergie disponible quasi constant pour la totalité de la gamme de puissances dans .le domaine d' utilisation.
En outre,
la fabrication du nouveau rotor est de construction plus classique et est donc moins coûteuse que la fabrication du rotor à griffes ;
le nouveau rotor diminue les risques de magnétisation rémanente de l'arbre de .la machine et par conséquent ses effets néfastes sur la durée de vie des roulements (pas de bobine axiale) .
Le stator du moteur Pony est réalisé de préférence sous forme d'un anneau Gramme avec un bobinage to.roïda.1 qui prend moins de place et permet de réaliser un accumulateur d'énergie cinétique avec un encombrement relativement court. L' invention concerne aussi un rotor pour un accumulateur d'énergie d'une machine ASI et un accumulateur équipé d'un tel rotor, qui comprend un noyau en fer avec un certain nombre de pôles délimités par des encoches longitudinales réparties autour de la circonférence du noyau qui, pour chaque pôle, est pourvu d'un bobinage embobiné dans les encoches autour du pôle concerné et dont la largeur cumulée de la totalité des pôles dans leur partie la plus étroite est au moins égale à la largeur cumulée de la totalité de encoches dans leur partie la plus large, de préférence dont la largeur cumulée de la totalité des pôles dans leur partie la plus étroite est au moins le double de la largeur de la totalité des encoches dans leur partie la plus large. 1/ invention concerne également l'utilisation d'un tel rotor dans un accumulateur d'énergie cinétique d'une machine ASI, l'accumulateur d'énergie étant initialement destiné à fonctionner avec un rotor à griffes, l'accumulateur comprenant essentiellement :
une carcasse ;
un arbre principal monté d'une manière rotative dans la carcasse et étant couplé avec la machine synchrone ;
un tambour creux coaxial pouvant tourner librement autour de l'axe principal et indépendant de celui-ci ;
un moteur, appelé moteur Pony, pour lancer le tambour jusqu'à une certaine vitesse donnée lors du démarrage de l'ASI pour accumuler de l'énergie cinétique dans le tambour ;
le rotor étant installé en lieu et place du rotor à griffes sur l'arbre principal d'une manière coaxiale avec le tambour et avec le même encombrement, les bobines du rotor étant reliées avec une excitatrice pour réaliser un couplage électromagnétique entre le tambour et le rotor en cas de panne du réseau en vue de récupérer l'énergie cinétique stockée dans le tambour afin d'entraîner la machine synchrone quand un courant électrique DC est envoyé dans les bobines du rotor par l'intermédiaire de l'excitatrice.
Afin de mieux comprendre l'objet de la présente invention, une configuration pratique et préférée d'un accumulateur d'énergie cinétique est dévoilée ci-dessous sur la base des figures jointes en annexe. Ces figures illustrent les éléments suivants: la figure 1 représente schématiquement un réseau d'électricité muni d'une machine AS! avec un accumulateur d'énergie cinétique selon l'invention ;
la figure 2 représente une échelle supérieure à une coupe transversale de la machine ASI indiquée par la flèche F2 dans la figure 1;
la figure 3 montre en vue latérale le rotor F3 indiqué dans la figure 2;
la figure 4 représente la coupe indiquée par la ligne IV-IV dans la figure 3;
la figure 5 montre, en comparaison avec la figure 4, un rotor classique d'un alternateur du même nombre de pôles;
la figure 6 montre une comparaison entre le graphique de l'énergie disponible en fonction de la puissance de sortie pour une machine ASI selon l'invention et pour une machine ASI selon l'EP 1.533.884 de la même envergure et dans laquelle on a remplacé le rotor à griffes par un rotor selon l'invention; les figures 7 et 8 montrent une même comparaison mais alors pour les courbes d' autonomie en fonction de la puissance pour les deux machines, respectivement pour la puissance de sortie en fonction de la vitesse différentielle entre le tambour et l'axe principal 50 msec après l' excitation;
la figure 9 représente un autre réseau électrique selon l' invention;
la figure 10 représente une coupe comme celle de la figure 4 pour un autre mode de réalisation du noyau d'un rotor d' accumulateur d' énergie cinétique selon l' invention.
La figure 1 représente schématiquement un réseau électrique urbain ou industriel 1, fournissant de l' énergie électrique à une charge sensible 2 d'un site, la charge 2 étant constituée par tous les utilisateurs dans une usine ou dans un datacenter et nécessitant d'être protégée par une machine d' alimentation électrique sans interruption, appelée machine ASI 3, qui doit intervenir pour alimenter la charge 2 en cas de panne du réseau 1.
Dans l' exemple de la figure 1, la charge 2 est branchée sur le réseau 1 via une self 4 à trois bornes, c'est-à-dire avec une borne d' entrée 4a connectée au réseau 1 par .l'intermédiaire d'un disjoncteur d' entrée 5, une borne de sortie 4b connectée à la charge 2 au moyen d'un disjoncteur de sortie 6 et une borne intermédiaire 4c sur laquelle est branchée la machine ASI 3.
La self 4 limite le courant fourni par la machine ASI au réseau en cas de panne du réseau 1 afin de protéger la charge 2 d'une chute de tension trop forte et d'un appel de puissance important dans les premières instants après la panne du réseau 1 et avant l'ouverture du disjoncteur 5.
5 Afin de permettre des travaux de maintenance à l.a machine AS1 3, une liaison de hypass 7 avec un disjoncteur bypass 8 permet d' isoler la machine ASI 3 en combinaison avec 1/ ouverture des disjoncteurs 5 et 6. Comme illustré sur la figure 2, la machine ASI 3 est constituée principalement d'une machine synchrone 9 à basse impédance interne et d'un accumulateur d'énergie cinétique 10 selon l'invention, qui sont montés sur un arbre principal rotatif 11 ; ce dernier étant monté dans une carcasse 12 à l'aide de roulements 13.
L'arbre principal porte aussi un volant d'inertie 14.
La machine synchrone 4 peut fonctionner comme moteur ou comme alternateur et est constituée de manière connue d'un rotor 15 monté sur l'arbre principal entouré par un stator 16 et d'une excitatrice 17 avec un rotor 17a connecté avec le rotor 15 et un stator 17b pouvant être connecté à une source électrique extérieure pour contrôler le fonctionnement de la machine synchrone 9.
L'accumulateur 10 comprend un tambour accumulateur creux 18 en acier pouvant tourner librement autour de l'axe principal 11 et indépendant de celui-ci au moyen de roulements 19 montés sur l'arbre principal 11. A l' intérieur du tambour 1.8 un rotor coaxial 20 est fixé sur l'arbre principal. 11.
Le rotor 20 est constitué d'un noyau principalement cylindrique en acier avec un certain nombre de pôles 22 délimités par des encoches radiales 23 parallèles à l'axe principal 11. Les encoches ont une largeur maximale A comme montré dans les figures 4, les encoches 23 étant réparties uniformément autour de la circonférence du noyau 21. Les pôles 22 ont une largeur minimale B comme montré sur la figure 4 qui représente la largeur active de ces pôles.
Chaque pôle 22 est pourvu d'un bobinage 24 sous forme d'un conducteur électrique en cuivre qui est embobiné dans les encoches 23 autour du pôle 22 concerné.
Quand un courant est envoyé dans les bobinages 24, les pôles deviennent des pôles magnétiques 22 Nord et Sud pour former un couplage électromagnétique entre le rotor 20 et le tambour 18.
Dans le cas de la figure 4, le rotor 20 est un rotor à huit pôles, bien que le nombre de pôles puisse être différent. L' accumulateur 10 est pourvu d'une excitatrice 25 avec un rotor 25a qui est fixé sur 1 ' arbre principal 11 et qui est connecté électriquement avec les bobinages 24 du rotor 20 de l' accumulateur 10 et avec un stator pouvant être alimenté par une source électrique extérieure pour contrôler le comportement de l' accumulateur 10. 1/ accumulateur 10 comprend aussi un moteur électrique, appelé moteur Pony 26, fait pour lancer le tambour 18 jusqu'à une certaine vitesse lors du démarrage de la machine ASI 3 et pour accumuler de l'énergie cinétique dans le tambour 18.
Le moteur Pony est de préférence un anneau Gramme connu comme décrit dans l'EP 1.533.884 avec un bobinage toroïdal connecté à un variateur de fréquence externe non représenté. L'invention est spécifiquement caractérisée par la répartition entre la largeur A et .la largeur B, ou entre la largeur maximale des encoches 23 et la largeur active des pôles 22, la totalité des largeurs minimales de tous les pôles 22 étant de préférence au moins égale à la totalité des largeurs maximales des encoches 23 dans le cas de l' invention illustrée dans la figure 4.
Une telle architecture est atypique si on la compare avec l'architecture d'un rotor classique d'un alternateur avec la même envergure et le même nombre de pôles comme représenté à la figure 5. Un tel rotor classique est par exemple connu de la demande de brevet EP 2.989.713, bien que pour une machine avec une toute autre configuration que celle de la présente invention.
Ce rotor classique de la figure 5 est dimensionné avec un tout autre rapport entre la largeur C des encoches et la largeur D active des pôles, afin de pouvoir fonctionner continuellement .
En comparant les figures 4 et 5 on se rend compte que la surface de passage de flux dans la zone B est beaucoup plus grande dans le cas du rotor 20 selon 1/ invention de la figure 4 que dans la zone D du rotor classique de la figure 5. Or, la puissance que l'on peut obtenir dans un accumulateur d' énergie est, toutes choses restant égales par ailleurs, directement proportionnelle à cette surface.
D'autre part, l'espace (la section) disponible dans les encoches 23 pour les bobinages 24 est d'environ 2 à 3 fois inférieur (e) à celui (celle) dans le cas de l 'invention en comparaison avec le rotor conventionnel .
Pour obtenir le même nombre d' ampères-tours dans les bobines 24, et par conséquent la même induction dans les pôles 22, dans les deux cas précités, il faudra, compte tenu de la réduction de section des encoches un courant deux à trois fois supérieur dans les bobines d' excitation du rotor 20 de la figure 4, par conséquent, selon la loi RI2, une puissance d' excitation de 4 à 9 fois supérieure dissipée . dans un bobinage 24 de volume réduit.
Une comparaison similaire des surfaces de passage de flux peut être faite entre le rotor 20 selon l' invention et le rotor à griffes faisant l'objet du brevet EP 1.533.884 et ayant une même envergure . Dans le cas du rotor à griffes, la surface de passage du flux est de l'ordre de 3 à 4 fois inférieure à la surface correspondante du rotor 20 selon l' invention et les ampères-tours par bobine à peine 10 à 20% supérieurs à ceux du rotor 20 de l' invention, dans les mêmes conditions de densité de courant . Compte tenu également du caractère partiellement homopolaire du rotor à griffes engendrant une variation de flux dans l' entrefer par rapport au rotor selon l' invention de l'ordre de 30 à 40% inférieure, il en découle que le couple et par conséquent la puissance obtenue sont finalement de l'ordre de 3 à 4 fois supérieurs dans le cas de .l'invention. 1/ utilisation de la machine ASI 3 est expliquée ci-après.
En régime normal, c'est-à-dire sans coupure du réseau 1, les disjoncteurs 5 et 6 sont fermés et le disjoncteur 8 est ouvert .
La machine synchrone 9 est alimentée par le réseau et fonctionne comme moteur pour entraîner l'arbre principal 11 à une vitesse donnée de 1500 tr/min par exemple, correspondant à la fréquence du réseau 1. Le rotor 20 de .l'accumulateur 10 et les rotors 17a et 25a des excitatrices 17 et 25 tournent donc à cette même vitesse.
Le tambour 18 est maintenu à une vitesse supérieure à la vitesse de l'arbre principal 11, typiquement entre 1900 et 3000 tr/min, pour accumuler l'énergie cinétique suffisante pour soutenir la charge 2 en cas de coupure du réseau 1 avec une autonomie souhaitée de par exemple 12 secondes.
La vitesse du tambour est réglée en fonction de la charge par l'intermédiaire de moteur Pony 26 et son variateur de fréquence. Si la charge 2 augmente, immédiatement la vitesse du tambour 18 est augmentée pour pouvoir faire face à un défaut du réseau 1 avec une énergie suffisante.
La machine ASI 3 joue aussi le rôle de conditionneur de réseau 1 par sa combinaison avec la self 4, la basse impédance de la machine synchrone 9 et l'inertie du volant. Elle constitue un filtre vis-à-vis de toutes les perturbations de courte durée qui ne dépassent pas 60 à 80 ms qui viendraient sur le réseau 1 ainsi qu' un filtre vis-à-vis des harmoniques qui seraient présents sur la tension de la charge 2 ou la tension du réseau.
Quand une panne plus grave du réseau 1 est détectée, par exemple quand le réseau 1 disparaît carrément ou s'il y a une chute de tension trop forte, le système de contrôle de la machine ASI ouvre le disjoncteur d'entrée 5 immédiatement pour éviter que la machine synchrone 9 doive alimenter le réseau 1 en plus de la charge 2. En effet, en cas de panne (généralement éloignée de l'entrée de l'ASI), le réseau 1 présente une charge considérable pour l'ASI, que cette dernière ne serait pas capable de maintenir très longtemps sur un réseau 1.
La self A est là pour limiter l'importance du courant qu'on peut renvoyer dans le réseau 1 et réduire le niveau des harmoniques venant du réseau vers la charge et réciproquement .
Dès que le défaut réseau 1 est détecté et que le disjoncteur d'entrée 5 est ouvert, le transfert d'énergie du tambour 18 est initié et simultanément un courant DC est injecté dans l'excitatrice 25, qui produira une tension AC transformée en courant DC par un redresseur non représenté sur les figures.
On établit ainsi un couplage électromagnétique entre le tambour 18 et l'arbre principal 11, ce qui va maintenir la vitesse de la machine synchrone 9 aux environs de 50 Hz et permettra d'alimenter les utilisateurs sans perturbation. Le courant que l'on envoie dans l'excitatrice 25 agit comme un levier important, puisque avec quelques ampères on arrive à contrôler une puissance considérable au travers d' une petite excitatrice 25.
L'énergie cinétique stockée dans le tambour 18 avec une vitesse relative par rapport à l'arbre principal de 1500 tr/min par exemple en pleine puissance est utilisée pour entraîner la machine synchrone 9 dans sa fonction d'alternateur pour alimenter la charge 2. Au fur et à mesure que l'énergie cinétique décroît en absence du réseau, la vitesse du tambour 18 diminue et se rapproche de plus en plus de la vitesse de l'axe principal jusqu'au moment où le couplage électromagnétique entre le tambour et le rotor 20 de l'accumulateur 10 devient insuffisant pour continuer à entraîner la machine synchrone 9.
Les performances de la machine ASI selon 1/ .invention sont nettement meilleures que dans l'ASI avec un rotor à griffes selon l' EPI .533.884 de même taille, comme on peut le constater à partir des diagrammes des performances expérimentales des figures 6 à 8.
La figure 6 représente la capacité de stockage énergétique de la machine ASI 3 exprimée en MJ en fonction de la puissance de sortie de la machine ASI 3 à livrer à la charge 2.
L'énergie accumulée exprime le produit de l'autonomie et de la puissance du type de la machine ASI 3.
Sur le diagramme de la figure 6 on constate que pour une machine de puissance nominale de 800 kW réalisée selon le brevet EPI.533.884, la capacité énergétique disponible de cette machine est portée de 6 à 8 MJ par le simple et seul remplacement du rotor à griffes par le rotor faisant partie de l' invention, toutes autres choses restant égales par ailleurs.
Cela veut dire que dans le premier cas l' énergie accumulée de 6 MJ donne une autonomie de 7,5 sec et dans le cas de l' invention une autonomie de plus de 10 sec.
Avec l' ancien rotor à griffes on se rend compte qu'au-fur et- à mesure que la puissance de sortie augmente au-delà de 400 kW l' énergie disponible diminue et qu'il est pratiquement impossible de fournir plus que 800 kW.
Avec le nouveau rotor 20, il est possible d' atteindre des puissances au-delà de la puissance maximale du rotor à griffes, et même plus que de doubler cette puissance dans le cas la figure 6.
Il faudra évidemment une machine synchrone 9 de puissance adaptée.
En plus, l'énergie accumulée est pratiquement constante sur toute la plage des puissances de sortie, ce qui est plus pratique pour caractériser la machine ASI 3 avec un seul paramètre comme une machine de 8,2 MJ, permettant d'en déduire facilement l' autonomie en fonction de la puissance de la charge 2 à protéger, le cas échéant donnant une autonomie de 16,4 secondes pour une charge de 500 kW, une autonomie de 8,2 secondes pour une charge 2 de 1000 kW et 5,5 sec pour 1500 kW. Bien qu'à pleine puissance, pour certaines applications, on n'arrive pas à une autonomie de 12 secondes, une autonomie plus courte est suffisante. On obtient ainsi un plus grand domaine df utilisation avec des machines ASI de grosses puissances mais de faibles autonomies. Cela veut dire que pour le même prix d'une machine de puissance moyenne et de grande autonomie on peut avoir une machine de puissance double, voire triple, et de plus courte autonomie, ce qui n'était pas possible actuellement .
L'écart entre les courbes de la figure 6 peut s'expliquer par le fait qu'avec l'ancien rotor le couplage électromécanique entre le tambour 18 et le rotor à griffes est perdu quand la vitesse du tambour 18 décroît sous 1700 tr/min avec une vitesse de 1500 tr/min pour le rotor, en comparaison avec le rotor atypique 20 selon l'invention avec lequel le couplage est tenu jusqu'à une vitesse tambour de quasi 1500 tr/min.
La figure 7 montre le diagramme de l'autonomie de la machine ASI dans les deux cas.
On voit que la machine ASI 3 selon l'invention a une meilleure autonomie que l'ancienne machine dans toute la gamme de puissances de celle-ci et conserve encore une autonomie acceptable pour certaines applications pour des puissances supérieures.
La figure 8 montre la puissance de sortie de la machine ASI 3 en fonction de la vitesse relative entre le tambour 18 et le rotor sur l'arbre principal 11, 50 msec après Inapplication d'une tension intermédiaire de 300VDC sur .1/ excitatrice 25.
Si on applique une tension de 300VDC au moment où le tambour 18 tourne 1000 tr/min plus vite que l'arbre principal 11, on constate qu' après 50 msec on obtient un couple avec le rotor à griffes qui donne une puissance d' environ 500 KW, tandis qu'avec le nouveau rotor on obtient déjà une puissance de 1150 kW.
Pour une vitesse relative à pleine puissance de 1500 tr/min on passe d'une puissance disponible de 460 kW à 1120 kW. Cela veut dire qu' après 50 ms on aura atteint une puissance qui évitera une chute de vitesse trop rapide et une sortie de la tolérance en fréquences (généralement de -1 Hz) .
Si l' autonomie de la machine ASI 3 n'est pas suffisante pour couvrir le temps que dure une coupure du réseau 1, il est possible d' ajouter un groupe électrogène 27 comme indiqué sur la figure 9 au moyen d'un inverseur de source constitué par deux disjoncteurs 28 et 29.
Le noyau 21 représenté dans la figure 10 est un noyau 21 d'un rotor 20 alternatif selon .l' invention qui diffère du noyau du rotor 20 de la figure 4 par le fait que les encoches 23 ne sont pas réparties uniformément autour du noyau et que de ce fait la largeur B des pôles 22 est différente selon leur position angulaire, avec une configuration intégrant des pôles larges 22' , ayant une largeur minimale B' , et des pôles étroits 22", ayant une largeur minimale B". Dans la figure 10 les pôles 22 sont organisés de la façon suivante : les pôles 22 doivent être alternativement N & S à la périphérie du rotor 20;
les pôles larges 22' doivent être multiples de deux et alternativement N & S à la périphérie du rotor 20;
les pôles étroits 22" doivent être multiples de deux et alternativement N & S où S & N à la périphérie du rotor 20;
la somme des largeurs B' et B" de la totalité des pôles 22' et 22" à leur endroit le plus étroit doit être au moins égale à et de préférence nettement supérieure à la somme des largeurs C de la totalité des encoches 23 à leur endroit le plus large, qui dans le cas de la figure 10 est situé sur un autre diamètre.
Une telle organisation des pôles peut être envisagée dans le but de modifier la caractéristique de couple en fonction de la vitesse relative entre le rotor 20 et le tambour 18.
Il est évident que l' invention n'est nullement limitée aux réalisations décrites ci-avant, mais que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l' accumulateur d'énergie cinétique décrit ci-avant sans sortir du cadre de l' invention telle que définie dans les revendications suivantes .

Claims

Revendications .
1.- Machine AS1 {Alimentation Sans Interruption) , comprenant une machine synchrone (9) couplée à un accumulateur d'énergie cinétique (10) lequel comprend essentiellement:
- une carcasse (12) ;
un arbre principal (11) monté d'une manière rotative dans la carcasse (12) et étant couplé avec la machine synchrone (9);
un tambour (18) creux coaxial pouvant tourner librement autour de l'axe principal (11) et indépendant de celui- ci;
- un moteur électrique (26) , appelé moteur Pony, pour
lancer le tambour (18) jusqu'à une certaine vitesse donnée lors du démarrage de l'ASI pour accumuler de l'énergie cinétique dans le tambour (18);
- un rotor (20) fixé sur l'arbre principal d'une manière coaxiale avec le tambour (18) et muni de bobines (24) reliées avec une excitatrice (25) pour réaliser un couplage électromagnétique entre le tambour (18) et le rotor (20) en cas de panne du réseau (1) en vue de récupérer l'énergie cinétique stockée dans le tambour (18) afin d'entraîner la machine synchrone (9) quand un courant électrique est envoyé dans les bobines (24) du rotor (20) par l'intermédiaire de l'excitatrice (25);
caractérisée en ce que:
le rotor (22) de l'accumulateur d'énergie cinétique (10) est un rotor (20) ayant un noyau (21) en fer avec un certain nombre de pôles (22) délimités par des encoches (23) parallèles à l'arbre principal (11) et réparties autour de la circonférence du noyau (21) qui, pour chaque pôle (22), est pourvu d'un bobinage (24) embobiné dans les encoches (23) autour du pôle (22) concerné;
la largeur cumulée de .la totalité des pôles (22) dans leur partie la plus étroite est au moins égale à la largeur cumulée de la totalité des encoches (23) dans leur partie la plus large.
2.- Machine ASI selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur cumulée de la totalité des pôles (22) dans .leur partie la plus étroite est au moins le double de la largeur de la totalité des encoches (23) dans leur partie la plus large.
3.- Machine ASI selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le rotor (20) de 1/ accumulateur d'énergie cinétique (10) est tel qu'il permet une densité de courant instantané au niveau des bobinages (24) qui est supérieure à 8 Amp/mm2 , de préférence supérieure à 10 Amp/mm2.
4.- Machine ASI selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rotor (20) de 1 ' accumulateur d' énergie cinétique (10) est tel qu' il permet de supporter sans défaillir, càd sans élévation de température préjudiciable au bobinage, une densité de courant instantané au niveau des bobinages qui est supérieure à 8 Amp/mm2 , de préférence supérieure à 10 Amp/mm2 pendant une durée d' au moins douze secondes, de préférence pendant au moins 1.6 secondes, mieux encore pendant au moins 24 secondes . 5. - Machine ASI selon l/une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'excitatrice (25) comprend un stator (25b) et un rotor (25a) qui est fixé sur l'arbre principal (11) et que les bobines du stator (25b) sont reliées à une source de courant électrique AC alternatif et/ou de courant DC continu. 6. - Machine ASI selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le stator du moteur Pony (26) est réalisé sous forme d'un anneau Gramme .
7. - Machine ASI. selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'anneau Gramme (26) est relié à une alimentation à fréquence variable.
8.- Machine ASI selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tambour (18) est réalisé en acier.
9. - Machine ASI selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la machine ASI a une capacité énergétique d'au moins 8 MJ dans une plage de puissance de sortie entre 200 kW et 1400 kW.
10.- Machine ASI selon .la revendication 9, caractérisée en ce que la machine ASI a une capacité énergétique d'au moins 8 MJ qui reste principalement constante dans la plage de puissances de sortie entre 200 kW et 1400 kW.
11.- Machine ASI selon .l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la machine ASI (3) est connectée à la borne intermédiaire (4c) d'une self (4) à trois bornes qui relient la charge (2) au réseau (1) .
12.- Machine ASI selon la revendication 11, caractérisée en ce que le réseau (1) est branché sur la borne d' entrée (4a) de la self (4) à trois bornes en parallèle à un groupe électrogène (27) qui est mis en service à partir du moment où le réseau (1) est hors service pendant un temps déterminé de plus de quelques secondes .
13.- Rotor pour un accumulateur d'énergie d'une machine ASI, caractérisé en ce que le rotor (22) comprend un noyau en fer (21) avec un certain nombre de pôles (22) délimités par des encoches (23) parallèles à l'axe du rotor (20) réparties autour de la circonférence du noyau (21) qui, pour chaque pôle (22) , est pourvu d'un bobinage (24) embobiné dans les encoches (23) autour du pôle (22) concerné et dont la largeur cumulée de la totalité des pôles (22) dans leur partie la plus étroite est au moins égale à la largeur cumulée de la totalité des encoches (23) dans leur partie la plus large.
14.- Rotor selon la revendication 13, caractérisé en ce que la largeur cumulée de la totalité des pôles (22) dans leur partie la plus étroite est au moins le double de la largeur de la totalité des encoches (23) dans leur partie la plus large .
15. - Rotor selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que les pôles (22) ont tous la même largeur.
16. - Rotor selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que les pôles (22) ont une largeur différente selon leur position angulaire, comportant des pôles larges (22' ) et des pôles étroits, qui sont organisés de la façon suivante: - les pôles (22) doivent être alternativement N & S à la périphérie du rotor (20) ;
- les pôles larges (22' ) doivent être multiples de deux et alternativement N & S à la périphérie du rotor (20) ;
- les pôles étroits (22") doivent être multiples de deux et alternativement N & S où S & N à la périphérie du rotor (20)
17.- Utilisation d'un rotor selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans un accumulateur d'énergie cinétique d'une machine ASI, l'accumulateur d'énergie cinétique (10) étant destiné à fonctionner avec un rotor à griffes, l' accumulateur comprenant essentiellement :
- une carcasse (12);
un arbre principal (11) monté d'une manière rotative dans la carcasse (12) et étant couplé avec une machine synchrone (9);
un tambour creux (18) coaxial pouvant tourner librement autour de l'axe principal (11) et indépendant de celui- ci ;
- un moteur (26) , appelé moteur Pony, pour lancer le tambour (18) jusqu'à une certaine vitesse donnée lors du démarrage de l' ASI pour accumuler de l' énergie cinétique dans le tambour (18);
- le rotor étant fixé en lieu et place du rotor à griffes sur l'arbre principal d'une manière coaxiale avec le tambour (18) et avec le même encombrement, les bobines
(24) du rotor (20) étant reliées avec une excitatrice
(25) pour réaliser un couplage électromagnétique entre le tambour (18) et le rotor (20) en cas de panne du réseau en vue de récupérer l' énergie cinétique stockée dans le tambour (18) afin d' entraîner la machine synchrone (9) quand un courant électrique est envoyé dans les bobines (24) du rotor (20) par l' intermédiaire de l'excitatrice.
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